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摘 要： 简述图像压缩国际标准MPEG定义、特点、性能与应用，近年来压缩标准的趋势。
关键词：视频压缩 ； MPEG；标准
世界通信与信息技术迅猛发展时代的来临，对多媒体技术包括声音、图形、数据以及图像在内多种媒体信息的传送和处理提出更高要求，而研究多媒体数据压缩编码尤其是数字视频压缩技术更成为其核心技术。现有的国际通用的视频压缩标准主要有MPEG、H、JPEG等。
一、视频压缩标准的原理
MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Exports Group)的缩写，是国际标准化组织ISO／IEC下一个制订动态视频压缩编码标准的组织，实质即利用数字压缩手段使运动图像频带压缩的国际标准，于1988年成立。MPEG标准的视频压缩编码技术主要利用了具有运动补偿的帧间压缩编码技术以减小时间冗余度，利用DCT技术以减小图象的空间冗余度，利用熵编码则在信息表示方面减小了统计冗余度。目前MPEG已颁布了两个活动图像及声音编码的正式国际标准，分别称为MPEG-1和MPEG-2。
二、视频压缩国际标准
1、MPEG-1标准。
MPEG-1标准是在数字存储介质中实现对活动图像和声音的压缩编码，编码码率最高为1.5Mbit/s，支持SIF格式的输入图像即525/625两种格式：352x240x30和352x288x25。特点是它是一种有损的（即低比特率、及伴随着一些图像和伴音信息的丢失），非平衡（即压缩一幅图像比解压缩慢的多）编码。具有CD音质，质量级别基本与VHS相当。MPEG-1是一个开放的、统一的标准，被用于数字电话网络上的视频传输，也被用于做记录媒体或是INTERNET上传输音频，在商业上尤其是小型激光视盘（VCD）等家庭视像上获得成功应用。尽管图像质量优于VHS视频的质量，但还不能满足广播级要求。
2、MPEG-2标准。
MPEG-2标准：针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从3Mb/s～100Mb/s，分辩率为720×480×30（NTSC制）或720×576×25（PAL制）。标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2标准主要利用图像的空间相关性和时间相关性来进行压缩。其特点是具备扩展功能、增加了分级视频编码工具、能支持隔行视频、更宽的运动补偿范围、画质质量最好、音频特性更为突出。在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善，特别适用于广播级数字电视的编码和传送，是SDTV（标准清晰度电视）和HDTV（高清晰度电视）的编码标准。MPEG-2还专门规定了多路节目的复分接方式，MPEG-2还兼顾了与ATM信元的适配问题。其主要应用包括：视音频资料的保存、非线性编辑系统及非线性编辑网络、卫星传输、电视节目的播出等。
3、MPEG-4标准。
MPEG-4标准：针对多媒体应用的图像编码标准。它提供在多媒体环境下视频数据的有效存储、传输和操作等方面的核心技术。主要用于视像电话，视像电子邮件和电子新闻等，其传输速率要求较低，在4800-64000bits/sec之间，分辨率为176*144.利用很窄的带宽通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图像质量。其最大的特点是更适于交互AV服务以及远程监控，是第一个具有交互性的动态图像标准，综合性也很强。试图将自然物体与人造物体相融合。设计目标还有更广的适应性和可扩展性。其独特的优点——基于内容的交互性、高效的压缩性、通用的访问性，使其应用范围更加广泛，包括：因特网视音频广播、无线通信、静止图像压缩、电视电话、计算机图形、动画与仿真、电子游戏。
4、MPEG-7标准。
MPEG-7标准：是“多媒体内容描述接口”。该标准将确定各种类型的多媒体信息标准的描述方法。应用于多媒体信息的搜索，过滤，组织和处理。该标准的目标是建立一套视听特征的量化标准描述符及其结构以及它们之间的关系，称之为描述方案。MPEG-7标准可支持的应用非常广泛，包括：音视数据库的存储和检索；广播媒体的选择；因特网上的个性化新闻服务；智能多媒体、多媒体编辑；教育领域的应用；远程购物；社会和文化服务；调查服务（人的特征的识别、辩论等）；遥感；监视；生物医学；建筑、不动产及内部设计；多媒体目录服务；家庭娱乐。
5、MPEG-21标准。
MPEG-21标准： 是“多媒体框架”。该标准将综合利用不同层次的多媒体技术标准把分布于全球各种不同的多媒体信息通过异构网络有效传输，即对一些关键技术的集成。它的目标是要通过这种集成环境就对全球数字媒体资源进行透明和增强管理，实现内容描述、创建、发布、使用、识别、收费管理、产权保护、用户隐私权保护、终端和网络资源抽取、事件报告等功能，为多媒体信息的用户提供透明而有效的电子交易和使用环境，即“电子商务”平台。
三、最新的压缩标准的发展
1、H.264。
H.264是由ISO/IEC与ITU-T组成的联合视频组(JVT)制定的新一代视频压缩编码标准。在ISO/IEC中该标准命名为AVC(Advanced Video Coding)，作为MPEG-4标准的第10个选项；在ITU-T中正式命名为H.264标准。H.264的主要优点有:在相同的重建图像质量下，H.264比H.263+和MPEG-4(SP)减小50%码率；对信道时延的适应性较强；提高网络适应性；在编/解码器中采用复杂度可分级设计；H.264还引入了很多先进的技术，包括：4×4整数变换、空域内的帧内预测、1/4象素精度的运动估计、多参考帧与多种大小块的帧间预测技术、去块效应滤波器等。新技术带来了较高的压缩比，同时大大提高了算法的复杂度。
2、AVS。
AVS是由我国自主制定的音/视频编码技术标准，主要面向高清晰度电视、高密度光存储媒体等应用。AVS标准以当前国际上最先进的MPEG-4 AVC/H.264框架为基础，强调自主知识产权，同时充分考虑了实现的复杂度。相对H.264主要特点有：(1)8×8的整数变换与64级量化；(2)亮度和色度帧内预测都是以8×8块为单位，亮度块采用5种预测模式，色度块采用4种预测模式；(3)采用16×16、16×8、8×16和8×8 4种块模式进行运动补偿；(4)在1/4象素运动估计方面，采用不同的四抽头滤波器进行半象素插值和1/4象素插值；(5)P帧可以利用最多2帧的前向参考帧，而B帧采用前后各一个参考帧。分型压缩和人工智能也许会对视频压缩技术带来一定的影响。
四、结论
随着经济的发展、通信技术的日益提高，客户对视讯业务的需求呈迅猛发展的趋势。在视讯业务中使用的视频压缩技术——MPEG将伴随我们走向数字化时代。其中MPEG-1与MPEG-2已经在数字视频和PC与笔记本电脑上广泛应用。MPEG-4是目前视频压缩技术的最新发展水平，其产品相继浮出水面。MPEG-4在internet和第三代移动通信中将开创多媒体服务的新局面。MPEG-7标准主要集成了多媒体目标搜寻程序。另外，MPEG-2也会得到扩展，MPEG-21是其后续标准。
关键词：视频压缩 ； MPEG；标准
世界通信与信息技术迅猛发展时代的来临，对多媒体技术包括声音、图形、数据以及图像在内多种媒体信息的传送和处理提出更高要求，而研究多媒体数据压缩编码尤其是数字视频压缩技术更成为其核心技术。现有的国际通用的视频压缩标准主要有MPEG、H、JPEG等。
一、视频压缩标准的原理
MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Exports Group)的缩写，是国际标准化组织ISO／IEC下一个制订动态视频压缩编码标准的组织，实质即利用数字压缩手段使运动图像频带压缩的国际标准，于1988年成立。MPEG标准的视频压缩编码技术主要利用了具有运动补偿的帧间压缩编码技术以减小时间冗余度，利用DCT技术以减小图象的空间冗余度，利用熵编码则在信息表示方面减小了统计冗余度。目前MPEG已颁布了两个活动图像及声音编码的正式国际标准，分别称为MPEG-1和MPEG-2。
二、视频压缩国际标准
1、MPEG-1标准。
MPEG-1标准是在数字存储介质中实现对活动图像和声音的压缩编码，编码码率最高为1.5Mbit/s，支持SIF格式的输入图像即525/625两种格式：352x240x30和352x288x25。特点是它是一种有损的（即低比特率、及伴随着一些图像和伴音信息的丢失），非平衡（即压缩一幅图像比解压缩慢的多）编码。具有CD音质，质量级别基本与VHS相当。MPEG-1是一个开放的、统一的标准，被用于数字电话网络上的视频传输，也被用于做记录媒体或是INTERNET上传输音频，在商业上尤其是小型激光视盘（VCD）等家庭视像上获得成功应用。尽管图像质量优于VHS视频的质量，但还不能满足广播级要求。
2、MPEG-2标准。
MPEG-2标准：针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从3Mb/s～100Mb/s，分辩率为720×480×30（NTSC制）或720×576×25（PAL制）。标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2标准主要利用图像的空间相关性和时间相关性来进行压缩。其特点是具备扩展功能、增加了分级视频编码工具、能支持隔行视频、更宽的运动补偿范围、画质质量最好、音频特性更为突出。在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善，特别适用于广播级数字电视的编码和传送，是SDTV（标准清晰度电视）和HDTV（高清晰度电视）的编码标准。MPEG-2还专门规定了多路节目的复分接方式，MPEG-2还兼顾了与ATM信元的适配问题。其主要应用包括：视音频资料的保存、非线性编辑系统及非线性编辑网络、卫星传输、电视节目的播出等。
3、MPEG-4标准。
MPEG-4标准：针对多媒体应用的图像编码标准。它提供在多媒体环境下视频数据的有效存储、传输和操作等方面的核心技术。主要用于视像电话，视像电子邮件和电子新闻等，其传输速率要求较低，在4800-64000bits/sec之间，分辨率为176*144.利用很窄的带宽通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图像质量。其最大的特点是更适于交互AV服务以及远程监控，是第一个具有交互性的动态图像标准，综合性也很强。试图将自然物体与人造物体相融合。设计目标还有更广的适应性和可扩展性。其独特的优点——基于内容的交互性、高效的压缩性、通用的访问性，使其应用范围更加广泛，包括：因特网视音频广播、无线通信、静止图像压缩、电视电话、计算机图形、动画与仿真、电子游戏。
4、MPEG-7标准。
MPEG-7标准：是“多媒体内容描述接口”。该标准将确定各种类型的多媒体信息标准的描述方法。应用于多媒体信息的搜索，过滤，组织和处理。该标准的目标是建立一套视听特征的量化标准描述符及其结构以及它们之间的关系，称之为描述方案。MPEG-7标准可支持的应用非常广泛，包括：音视数据库的存储和检索；广播媒体的选择；因特网上的个性化新闻服务；智能多媒体、多媒体编辑；教育领域的应用；远程购物；社会和文化服务；调查服务（人的特征的识别、辩论等）；遥感；监视；生物医学；建筑、不动产及内部设计；多媒体目录服务；家庭娱乐。
5、MPEG-21标准。
MPEG-21标准： 是“多媒体框架”。该标准将综合利用不同层次的多媒体技术标准把分布于全球各种不同的多媒体信息通过异构网络有效传输，即对一些关键技术的集成。它的目标是要通过这种集成环境就对全球数字媒体资源进行透明和增强管理，实现内容描述、创建、发布、使用、识别、收费管理、产权保护、用户隐私权保护、终端和网络资源抽取、事件报告等功能，为多媒体信息的用户提供透明而有效的电子交易和使用环境，即“电子商务”平台。
三、最新的压缩标准的发展
1、H.264。
H.264是由ISO/IEC与ITU-T组成的联合视频组(JVT)制定的新一代视频压缩编码标准。在ISO/IEC中该标准命名为AVC(Advanced Video Coding)，作为MPEG-4标准的第10个选项；在ITU-T中正式命名为H.264标准。H.264的主要优点有:在相同的重建图像质量下，H.264比H.263+和MPEG-4(SP)减小50%码率；对信道时延的适应性较强；提高网络适应性；在编/解码器中采用复杂度可分级设计；H.264还引入了很多先进的技术，包括：4×4整数变换、空域内的帧内预测、1/4象素精度的运动估计、多参考帧与多种大小块的帧间预测技术、去块效应滤波器等。新技术带来了较高的压缩比，同时大大提高了算法的复杂度。
2、AVS。
AVS是由我国自主制定的音/视频编码技术标准，主要面向高清晰度电视、高密度光存储媒体等应用。AVS标准以当前国际上最先进的MPEG-4 AVC/H.264框架为基础，强调自主知识产权，同时充分考虑了实现的复杂度。相对H.264主要特点有：(1)8×8的整数变换与64级量化；(2)亮度和色度帧内预测都是以8×8块为单位，亮度块采用5种预测模式，色度块采用4种预测模式；(3)采用16×16、16×8、8×16和8×8 4种块模式进行运动补偿；(4)在1/4象素运动估计方面，采用不同的四抽头滤波器进行半象素插值和1/4象素插值；(5)P帧可以利用最多2帧的前向参考帧，而B帧采用前后各一个参考帧。分型压缩和人工智能也许会对视频压缩技术带来一定的影响。
四、结论
随着经济的发展、通信技术的日益提高，客户对视讯业务的需求呈迅猛发展的趋势。在视讯业务中使用的视频压缩技术——MPEG将伴随我们走向数字化时代。其中MPEG-1与MPEG-2已经在数字视频和PC与笔记本电脑上广泛应用。MPEG-4是目前视频压缩技术的最新发展水平，其产品相继浮出水面。MPEG-4在internet和第三代移动通信中将开创多媒体服务的新局面。MPEG-7标准主要集成了多媒体目标搜寻程序。另外，MPEG-2也会得到扩展，MPEG-21是其后续标准。